[发明专利]车地无线通信系统LTE-WLAN复合组网方法

说明书

技术领域

本发明属于无线数据传输领域。利用目前广泛使用的WLAN（Wireless Local Area Networks无线局域网）技术，以及第四代移动通信技术LTE（Long Term Evolution,长期演进）进行复合组网，来解决城市轨道交通系统运营过程中，车辆与调度中心不间断实时高速数据通信问题。

背景技术

目前，全球范围内有数百条城市轨道交通线路（包括地铁、轻轨、城铁等），总里程近一万公里。随着城市安全及应急管理需求的提高，很多国家及城市相关管理机构都提出要求：将城市轨道交通工具车厢内的实时监控视频同步传送到指挥调度中心或者其他相关部门；并通过车载乘客信息发布系统来完成车地间的实时双向信息沟通。受限于城市轨道交通特殊的地理和电磁环境，特别无线通讯技术发展水平的限制，目前还没有真正成功实现全程车地无线高速数据通信的先例。

其主要原因在于:原有的GSM，CDMA等广域无线通信网数据传输速率有限；而WLAN等高速无线局域网通讯手段，其终端相对运动速度超过60公里每小时之后，由于多普勒效应和信道频繁切换等因素影响，实际车地间数据链路承载能力急剧降低，无法满足通常运营速度为60-100公里每小时的城市轨道车辆的实时视频等高速数据传输要求。现有的极少数尝试采用基于WLAN技术的车地无线通信系统案例，均出现轨道列车车速超过60公里每小时之后有效网络传输能力大幅度降低乃至传输中断的情况。即便是目前最先进的第四代移动通讯技术LTE，虽然其网络终端在高速移动时也能完成高速数据传输，但是受限于LTE同频组网难题，同一LTE信号覆盖小区内总数据链路承载能力有限，在城市轨道交通换乘站、车辆段等轨道车辆密集的地方，多个终端分摊下来的数据通信能力也大打折扣，无法满足实时视频传输等应用的需求。

发明内容

本发明针对LTE和WLAN的特性和各自的缺陷，扬长避短，提出了LTE-WLAN车地无线通信系统复合组网方法，合理利用LTE的广域高速移动终端快速数据传输能力，WLAN的局域高带宽大容量数据通信能力，以及车载无线通讯终端的动态路由调整和负载均衡技术，来搭建动态稳定的车地高速无线传输链路，从而实现车地间的双向实时视频传输等应用。

现在新建的城市轨道交通传输网络环境通常为：轨道交通全线采用光缆连接，各车站和指挥调度中心之间的网络传输级别为千兆级以上，而且既有线路的现代化改造也都不低于该指标。

 

车地无线通信系统的在城市轨道交通中的整个工作环境由以下两个场景组成：

一、车站/换乘站/车辆段及其进出站的临近轨道区间等有多个低速或者静止轨道车辆场景；

二、在相邻两个车站之间最多同时有两辆相反行驶轨道车辆的快速行车轨道区间。其基本应用需求为：两路720P清晰度的车内高清监控视频实时上传至指挥调度中心（共需要8Mbps带宽，约1100KB/s的上行数据传输率），一路1080P高清晰度的乘客信息发布视频（下行需要16Mbps带宽，约2000KB/s的下行数据传输率）。

 

对于场景一，多个车载终端处在一个相对集中的狭小区域，并且都处于低速或者静止状态。因此采用WLAN来进行覆盖。WLAN工作在 2.4G或者5.8G公用开放频段，频谱资源丰富；其单小区有效覆盖距离约300米，足以覆盖现有站台及临近进出站轨道区间。在采用密集小区组网的情况下，能够能够提供巨大的带宽资源（换乘站可提供4-6个54Mbps 常规宽带接入资源。若采用最新的802.11 n 空间多路复用以及MINO多发多收等技术优势，则可为单个客户端提供高达300-600Mbps的带宽）。在车站内，每三十米部署一个WLAN无线接入点，多个无线接入点通过WLAN控制器，接入千兆级全线传输网，同时满足站内8-12列轨道车辆与指挥调度中心之间的数据传输需要。

但其不利之处在于车载终端移动速度越快，与WLAN各无线接入点之间的切换越频繁、实际传输速率越低；而且在高架环境下WLAN无线接入点的布线难度大，列车高速行驶状态下WLAN实际使用效果差。因此在场景二中，就不能再使用WLAN覆盖。